煤与瓦斯突出判识及灾害气体运移规律研究

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我国煤矿发生特别重大事故中,绝大多数是瓦斯爆炸事故,且不少重特大瓦斯爆炸事故都是由局部瓦斯事故在一定时间后引发瓦斯爆炸而形成的。本文针对这一情况,基于人工神经网络建立了瓦斯涌出异常类型识别模型,采用多传感器联合判识方法实现了突出地点判识和灾变影响范围解算;对灾害气体在通风系统中扩散运移规律及非稳态下通风网络仿真进行了研究,并将二者进行结合,建立了非稳态条件下风网及瓦斯分布解算模型;开发了一套矿井煤与瓦斯突出在线判识及应急辅助决策软件,能快速识别并判断瓦斯涌出异常事件发生地点、类型,自动分析、预测灾害气体波及范围,并提供应急辅助决策建议,实现了在线预警和可视化显示,可为灾变时期应急提供科学、快捷的辅助决策手段,具有创新性。论文取得的主要研究成果如下:①对各类瓦斯异常涌出特征进行分析,并从浓度曲线峰值、浓度上升阶段变化、浓度衰减阶段变化及瓦斯异常涌出持续时间,对各类瓦斯异常涌出进行了对比,得出了各类瓦斯涌出异常浓度曲线特征。②利用人工神经网络理论,建立了以浓度峰值、上升速度(%/min)、衰减速度(%/min)、衰减时是否有负指数特征作为判识指标的瓦斯涌出异常类型判识模型。③采用多传感器联合判识方法,实现了煤与瓦斯突出地点、事故扩散范围判识与计算。④将非稳态条件下通风网络解算模型和一维纵向移流扩散有限差分模型进行结合,建立了统一的计算模型,实现了煤与瓦斯突出过程中灾害气体运移情况动态仿真。⑤利用图论相关理论,建立了灾变已波及范围和将波及范围计算方法;给出了基于波及范围判定的自动断电策略和人员伤亡评估方法。⑥开发了一套矿井煤与瓦斯突出在线判识及应急辅助决策软件,能快速识别并判断瓦斯涌出异常事件发生地点、类型,自动分析、预测灾害气体波及范围,实现了在线预警和可视化显示,为矿井发生煤与瓦斯突出灾变后应急提供科学、快捷的辅助决策手段。
中文摘要第3-4页
英文摘要第4-5页
1 绪论第10-20页
    1.1 研究的目的及意义第10-11页
    1.2 国内外研究现状第11-17页
        1.2.1 煤与瓦斯突出预警技术的研究现状第11-12页
        1.2.2 煤与瓦斯突出对通风系统影响的研究现状第12-14页
        1.2.3 有害气体在风流中运移规律的研究现状第14-16页
        1.2.4 非稳态下通风网络解算的研究现状第16-17页
    1.3 本文的主要研究内容及技术线路第17-20页
        1.3.1 主要研究内容第17页
        1.3.2 技术路线第17-18页
        1.3.3 创新点第18-20页
2 矿井瓦斯涌出异常特征分析第20-46页
    2.1 概述第20页
    2.2 典型煤与瓦斯突出事故实例分析第20-28页
        2.2.1 大平煤矿“10.20”瓦斯爆炸事故第21-23页
        2.2.2 寺河矿“5.20”煤与瓦斯突出事故第23-27页
        2.2.3 群力矿“11.8”煤与瓦斯突出事故第27-28页
    2.3 突出后瓦斯涌出的特征规律第28-29页
    2.4 其它瓦斯涌出异常特征分析第29-43页
        2.4.1 放炮后瓦斯涌出特征第30-35页
        2.4.2 局扇停风时瓦斯涌出特征第35-37页
        2.4.3 风筒供风不畅时瓦斯涌出特征第37-40页
        2.4.4 排放瓦斯时瓦斯涌出特征第40-41页
        2.4.5 传感器故障、调校时瓦斯涌出特征第41-43页
    2.5 各类瓦斯异常涌出特征对比分析第43-44页
    2.6 本章小结第44-46页
3 事故类型及地点的判识方法第46-60页
    3.1 概述第46页
    3.2 人工神经网络介绍第46-50页
        3.2.1 人工神经网络的概念第46-47页
        3.2.2 人工神经网络的特性第47-50页
        3.2.3 人工神经网络工具软件简介第50页
    3.3 瓦斯涌出异常类型识别第50-54页
        3.3.1 神经网络模型第50-51页
        3.3.2 样本训练第51-54页
        3.3.3 实例预测第54页
    3.4 突出地点和波及范围的判识第54-58页
        3.4.1 特征现象描述第54-56页
        3.4.2 事故地点识别方法第56-57页
        3.4.3 事故扩散范围解算第57-58页
    3.5 本章小结第58-60页
4 有害气体在巷道中的传播规律研究第60-82页
    4.1 巷道中风流状态研究第60-64页
        4.1.1 巷道中风流运动特性分析第60-61页
        4.1.2 巷道断面中风速分布分析第61-64页
    4.2 井巷中有害气体的传播规律第64-68页
        4.2.1 有害气体扩散规律研究第64-65页
        4.2.2 有害气体随风流运移规律研究第65-68页
    4.3 井巷中有害气体传播的数值模拟第68-77页
        4.3.1 计算流体力学概述第68-69页
        4.3.2 计算流体力学的求解过程第69-71页
        4.3.3 计算流体力学的求解方法第71-72页
        4.3.4 流体力学的控制方程第72-73页
        4.3.5 计算模型的建立第73-76页
        4.3.6 数值模拟结果分析第76-77页
    4.4 现场试验分析第77-80页
        4.4.1 试验地点概况第77-79页
        4.4.2 现场数据分析第79-80页
    4.5 本章小结第80-82页
5 煤与瓦斯突出有害气体在风网中传播规律研究第82-106页
    5.1 灾变时期通风网络解算模型第82-88页
        5.1.1 多变过程中的风流能量方程第82-85页
        5.1.2 风流的摩擦阻力定律第85-86页
        5.1.3 非稳态条件下通风网络解算模型第86-88页
    5.2 有害气体在风网中的传播模型第88-92页
        5.2.1 通风巷道中的一维扩散方程第88-90页
        5.2.2 有害气体在风网中传播的差分解法第90-92页
    5.3 非稳态风网解算及瓦斯运移计算程序编写第92-97页
        5.3.1 编程语言简介第92-94页
        5.3.2 模拟程序编写第94-97页
    5.4 煤与瓦斯突出实例计算分析第97-103页
        5.4.1 事故概况第97-98页
        5.4.2 事故模拟模型建立第98-100页
        5.4.3 模拟结果分析第100-103页
    5.5 本章小结第103-106页
6 煤与瓦斯突出灾变辅助决策技术研究第106-122页
    6.1 灾变辅助决策关键技术研究第106-112页
        6.1.1 灾变波及范围的研究第106-108页
        6.1.2 断电范围确定第108-110页
        6.1.3 伤亡情况评估第110-112页
    6.2 辅助决策软件开发第112-120页
        6.2.1 软件应用分析第112-113页
        6.2.2 系统建设目标第113页
        6.2.3 GIS 开发方式选择第113-115页
        6.2.4 系统总体架构设计第115-117页
        6.2.5 软件功能开发第117-120页
    6.3 本章小结第120-122页
7 煤与瓦斯突出实例反演第122-132页
    7.1 矿井概况第122-124页
    7.2 事故概况第124-127页
    7.3 事故反演第127-130页
    7.4 本章小结第130-132页
8 结论与建议第132-134页
    8.1 主要结论第132-133页
    8.2 后续研究工作的展望第133-134页
致谢第134-136页
参考文献第136-144页
附录第144-149页
    A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录第144页
    B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目第144-146页
    C. 煤与瓦斯突出事故模拟源代码第146-149页
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论文编号ABS598709,这篇论文共149页
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